(57)【要約】【課題】蛍光体への励起光の入射効率および蛍光体からの蛍光の取出し効率を向上させて波長変換効率を向上させた発光装置を実現する。【解決手段】酸窒化物および／または窒化物よりなる屈折率ｎ1である蛍光体粒子と前記蛍光体粒子を覆い屈折率ｎ2である被膜とからなる蛍光体、並びに前記蛍光体を分散させた屈折率ｎ3である媒体からなる波長変換部材において、被膜の屈折率ｎ2は、ｎ3とｎ1の間の値である波長変換部材、および該波長変換部材を組み込んだ発光装置を提供する。本発明において、前記被膜は、複数の層で形成され、その屈折率は蛍光体粒子表面から媒体との界面方向に段階的に変化することが好ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸窒化物および／または窒化物よりなる屈折率ｎ1である蛍光体粒子と前記蛍光体粒子を覆い屈折率ｎ2である被膜とからなる蛍光体、並びに前記蛍光体を分散させた屈折率ｎ3である媒体からなる波長変換部材において、
被膜の屈折率ｎ2は、ｎ3とｎ1の間の値であることを特徴とする波長変換部材。
【請求項２】
前記被膜が、複数の層で形成され、その屈折率は蛍光体粒子表面から媒体との界面方向に段階的に変化することを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
酸窒化物よりなる前記蛍光体粒子は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎおよび一種若しくは二種以上のランタノイド系希土類元素を組成元素として含む蛍光体粒子であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項４】
窒化物よりなる前記蛍光体粒子は、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎおよび一種若しくは二種以上のランタノイド系希土類元素を組成元素として含む蛍光体粒子であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項５】
前記被膜が、金属酸化物であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換部材。
【請求項６】
前記被膜は、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５に記載の波長変換部材。
【請求項７】
前記被膜の全膜厚が、５ｎｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の波長変換部材。
【請求項８】
前記被膜をゾル−ゲル法により形成したことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項９】
前記媒体が、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項１０】
前記媒体が、ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項１１】
蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の第１の蛍光体と、
蛍光のピーク波長が５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の第２の蛍光体と、
蛍光のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の第３の蛍光体
が、前記媒体中に分散されたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１２】
蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の前記蛍光体が前記媒体中に分散された第１の波長変換部材層と、
蛍光のピーク波長が５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の前記蛍光体が前記媒体中に分散された第２の波長変換部材層と、
蛍光のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の前記蛍光体が前記媒体中に分散された第３の波長変換部材層
を備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１３】
半導体発光素子と、前記半導体発光素子が発する光が入射するように配された請求項１〜１２のいずれかに記載の波長変換部材を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項１４】
前記半導体発光素子が発する光が、前記第３の波長変換部材、前記第２の波長変換部材、前記第１の波長変換部材の順に入射するように各波長変換部材が配置されたことを特徴とする請求項１３に記載の発光装置。
【請求項１５】
半導体発光素子を備え、前記半導体発光素子が発する光が、前記第２の波長変換部材、前記第３の波長変換部材、前記第１の波長変換部材の順に入射するように各波長変換部材が配置されたことを特徴とする請求項１３に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記半導体発光素子の発光ピーク波長が３７０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１７】
前記半導体発光素子が、ＧａＮ系半導体よりなる半導体発光素子であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体粒子を被覆で覆ってなる蛍光体を含有する波長変換部材、および蛍光体とＬＥＤまたは半導体レーザなどの半導体発光素子と組み合わせた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子から発する光を蛍光体によって変換する発光装置は、小型であり、消費電力が白熱電球よりも少ないため、各種表示装置あるいは照明装置の光源として実用化が始まっており、高効率化あるいは高信頼化などの開発が行われている。
【０００３】
特許文献１には、波長３９０ｎｍから４２０ｎｍの光を発する半導体発光素子と、この半導体発光素子からの発光により励起される蛍光体とを用いて、白色光を発する発光装置が開示されている。波長３９０ｎｍから４２０ｎｍの励起光によって発光する蛍光体として、さまざまな酸化物や硫化物の蛍光体が用いられている。
【０００４】
しかしながら蛍光体によっては、例えば硫化物を含む蛍光体は、空気中の水分と反応して加水分解するおそれがある。このような蛍光体の劣化によって、発光装置の耐用年数が低下する。その対策として特許文献２に被膜を有する蛍光体が開示されている。
【０００５】
また、酸化物や硫化物系蛍光体に代わり、近年、酸窒化物や窒化物蛍光体の例が特許文献３および特許文献４に開示されている。これらの蛍光体は３９０ｎｍから４２０ｎｍの波長の光で励起され高効率の発光が得られるうえ、安定性および耐水性が高く、また使用温度の変化による発光効率の変動が少ない等の優れた特性を有するものが多い。
【０００６】
この窒化物蛍光体の耐熱性をさらに高める為、窒化金属系または酸窒化金属系材料の被膜を設けることが、特許文献５に開示されている。それによれば、酸窒化物系蛍光体として（Ｓｒa、Ｃａ1-a）xＳｉyＯzＮ{(2/3)x+(4/3)y-(2/3)z}：Ｅｕ、ｘ＝２、ｙ＝５を製造する際にベーク劣化しやすいため、この蛍光体を、Ｎ元素を含有する被膜によって覆う。Ｎ元素を含有する被膜としては、窒素とアルミニウム、ケイ素、チタン、ホウ素、ジルコニウム等の金属を含む窒化金属系材料、ポリウレタン、ポリウレア等のＮ元素を含有する有機樹脂が用いられる。このＮ元素を含む被膜を形成していない窒化物系蛍光体は、２００〜３００℃に加熱することによって急激に発光効率が低下するのに対し、Ｎ元素を含有する被膜を設けることにより、窒化物系蛍光材料の窒素の分解を、窒素を供給することによって低減して、耐熱性が向上したとされている。
【０００７】
また特許文献６に、本発明の一実施形態に対応する従来技術として、発光素子、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体の順に蛍光体を配置したことにより、発光素子に近い側の蛍光体から発する光の再吸収が抑制された発光装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１７１０００号公報
【特許文献２】特開２００２−２２３００８号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３５５４号公報
【特許文献４】特開２００３−２０６４８１号公報
【特許文献５】特開２００４−１６１８０７号公報
【特許文献６】特開２００４−７１３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、従来において蛍光体に被膜を設ける理由は、蛍光体の化学的安定性および耐熱性を向上させるというものであった。しかしながら、被膜は蛍光体の粒子への励起光の入射効率および蛍光体粒子からの蛍光の取出し効率にも影響を与えることが考えられる。ここで、特許文献５のように窒化物の被膜を設ける場合、酸窒化物または窒化物蛍光体との組み合わせを考えると、両者が共に窒化物または窒化物をベースにした同種の材料であるために、屈折率も類似であり、蛍光体を分散させた状態で保持するための樹脂またはガラス等よりなる媒体の屈折率との差が大きくなると、蛍光体粒子への励起光の入射効率および蛍光体粒子からの蛍光の取出し効率の点で十分でない。
【０００９】
本発明は、蛍光体の周囲を覆う樹脂またはガラス等の媒体についても考慮して、酸窒化物あるいは窒化物よりなる蛍光体粒子に好適な被膜を設けてなる蛍光体を含有することによって、波長変換部材の波長変換効率を向上させることを目的とする。また、発光効率の良好な発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、酸窒化物および／または窒化物よりなる屈折率ｎ1である蛍光体粒子と前記蛍光体粒子を覆い屈折率ｎ2である被膜とからなる蛍光体、並びに前記蛍光体を分散させた屈折率ｎ3である媒体からなる波長変換部材において、被膜の屈折率ｎ2は、ｎ3とｎ1の間の値である波長変換部材に関する。
【００１１】
また、本発明は、前記被膜が、複数の層で形成され、その屈折率は蛍光体粒子表面から媒体との界面方向に段階的に変化することが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、酸窒化物よりなる前記蛍光体粒子は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎおよび一種若しくは二種以上のランタノイド系希土類元素を組成元素として含む蛍光体粒子であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、窒化物よりなる前記蛍光体粒子は、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎおよび一種若しくは二種以上のランタノイド系希土類元素を組成元素として含む蛍光体粒子であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、前記被膜が、金属酸化物であることが好ましい。
また、本発明は、前記被膜は、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウムの少なくともひとつを含むことが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、前記被膜の全膜厚が、５ｎｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。
また、本発明は、前記被膜をゾル−ゲル法により形成することが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、前記媒体が、シリコーン樹脂であることが好ましい。
また、本発明は、前記媒体が、ガラスであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の第１の蛍光体と、蛍光のピーク波長が５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の第２の蛍光体と、蛍光のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の第３の蛍光体が、前記媒体中に分散された波長変換部材に関する。
【００１８】
また、本発明は、蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の前記蛍光体が前記媒体中に分散された第１の波長変換部材と、蛍光のピーク波長が５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の前記蛍光体が前記媒体中に分散された第２の波長変換部材と、蛍光のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の前記蛍光体が前記媒体中に分散された第３の波長変換部材を備えた波長変換部材に関する。
【００１９】
また、本発明は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子が発する光が入射するように配された波長変換部材を備えた発光装置に関する。
【００２０】
また、本発明は、前記半導体発光素子が発する光が、前記第３の波長変換部材、前記第２の波長変換部材、前記第１の波長変換部材の順に入射するように各波長変換部材が配置された発光装置であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、半導体発光素子を備え、前記半導体発光素子が発する光が、前記第２の波長変換部材、前記第３の波長変換部材、前記第１の波長変換部材の順に入射するように各波長変換部材が配置された発光装置であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明は、前記半導体発光素子の発光ピーク波長が３７０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である発光装置であることが好ましい。
【００２３】
また、本発明は、前記半導体発光素子が、ＧａＮ系半導体よりなる半導体発光素子である発光装置であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の波長変換部材は、蛍光体への励起光の入射効率および蛍光体からの蛍光の取出し効率が向上するため、波長変換効率が従来に比べて向上する。
【００２５】
また、本発明は、上記の波長変換部材と、半導体発光素子とを組み合わせて、発光効率を向上させた発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
＜波長変換部材の基本構成＞
本発明の波長変換部材は、媒体に蛍光体を分散させたものである。つまり、媒体中に多数の蛍光体が均等に固定されているものである。該蛍光体とは酸窒化物および／または窒化物からなる蛍光体粒子を、被膜で覆ったものである。被膜は、単層、多層のいずれでもよい。また、該被膜は、その材料からなる微粒子を前記蛍光体粒子に付着させることによって設けられたものであってもよい。
【００２７】
多層被膜である蛍光体の形態について図２に基づいて説明する。図２（ａ）に示すように、不定形（球形に近い場合もある）を有する青色蛍光体粒子１１に、前記微粒子を順に付着させることによって多層が形成され被膜１０となる。被膜の屈折率ｎ2は、蛍光体粒子の屈折率ｎ1と媒体の屈折率ｎ3との間の値をとり、青色蛍光体粒子１１の表面側の層から媒体の界面方向の層に向けて段階的にｎ1からｎ3へと変化する。
【００２８】
被膜１０は、図２（ｂ）に示すように、微粒子の形をある程度保ったまま付着する場合もある。なお、図２の、青色蛍光体粒子は、赤色、緑色などいずれの色の蛍光体粒子に置き換えることができる。
【００２９】
＜蛍光体粒子＞
酸窒化物の蛍光体粒子は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎおよび一種若しくは二種以上のランタノイド系希土類元素を組成元素として含む蛍光体粒子であることが好ましい。Ｓｉ、Ａｌ、ＯおよびＮからなる材料系は、発光中心となるランタノイド系希土類（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ）のうち一種または二種以上を混ぜることによって、波長変換効率があがる。
【００３０】
窒化物の蛍光体粒子が、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎおよび一種若しくは二種以上のランタノイド系希土類元素を組成元素として含む蛍光体粒子であることが好ましい。Ｃａ、Ｓｉ、ＡｌおよびＮからなる材料系は、発光中心となるランタノイド系希土類（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ）のうち一種または二種以上を混ぜることによって、波長変換効率があがる。
【００３１】
青色を発光する蛍光体としては、Ｃｅを賦活したαサイアロン、また、緑色を発光する蛍光体としては、Ｅｕを賦活したβサイアロン、また、赤色を発光する蛍光体としては、Ｅｕを賦活したＣａＡｌＳｉＮ3を用いることが特に好ましい。なお、このときそれぞれの発光ピーク波長は６６０ｎｍ、５４０ｎｍおよび４９０ｎｍである。
【００３２】
＜被膜の屈折率＞
本発明においては、被膜の屈折率について検討することによって、蛍光体の反射率を下げることができ、結果として蛍光体の波長変換効率を上げることができる。被膜の屈折率は、蛍光体粒子の屈折率と、媒体の屈折率の間の値である必要がある。また、被膜は、金属酸化物が好ましい。金属酸化物は一般に透明かつ安定であるため、酸窒化物の蛍光体粒子または窒化物の蛍光体粒子の被膜として適している。
【００３３】
したがって、例えば、Ｅｕを賦活したβサイアロンなどの蛍光体粒子で、その屈折率が２程度のものにおいては、それを覆う被膜は、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、および酸化アルミニウムのいずれか、または、これらの積層体からなることが特に好ましい。
【００３４】
酸化イットリウムは、屈折率が例えば１．８７程度であることから、酸窒化物の蛍光体粒子または窒化物の蛍光体粒子に被膜することによって、反射率を低減させることができる。酸化マグネシウムも同様に、屈折率が例えば１．７４程度であることから、酸窒化物の蛍光体粒子または窒化物の蛍光体粒子に被膜することによって、反射率を低減させることができる。酸化アルミニウムも同様に、屈折率が例えば１．６３程度であることから、酸窒化物の蛍光体粒子または窒化物の蛍光体粒子に被膜することによって、反射率を低減させることができる。
【００３５】
前記被膜は、ゾル−ゲル法により形成されることが好ましい。具体的な操作としては、まずアルミニウム、イットリウム、マグネシウムなどの金属アルコキシドからなるゾルに前記蛍光体粒子／蛍光体を投入する。次に、そして、蛍光体粒子／蛍光体に付着したゾルに触媒を加えて加熱することで加水分解・重縮合反応を起こさせ、流動性を失ったゲルとし、そのまま、約３０〜５０℃で加熱を行なう。１〜５時間後、沈殿物を取り出し、１００℃に加熱して溶媒を蒸発させ、引き続き乾燥空気中において約５００℃で数十分間焼成する。このようにして、被膜を有する蛍光体を作製する。
【００３６】
以下、単層被膜と多層被膜の屈折率と蛍光体の波長変換効率の関係について説明する。なお、好適な被膜の屈折率と蛍光体の反射率との関係を説明するため、まず被膜がない場合の反射率について説明すると、蛍光体粒子（屈折率＝２．０）が媒体中（屈折率＝１．４）に分散する場合において、蛍光体粒子界面における反射率は３．１１％（（（２．０−１．４）／（２．０＋１．４））2）となる。
【００３７】
≪単層被膜≫
図１は、横軸に被膜の屈折率ｎ2、縦軸に蛍光体の反射率Ｒ（計算値）を表わしたグラフである。ただし、被膜の膜厚および被膜への光の入射角がランダムであることを考えて、反射率として光の干渉を平均化した反射率Ｒを用いている。蛍光体においても、被膜の屈折率ｎ2が媒体の屈折率ｎ3と同じ１．４の場合および蛍光体粒子の屈折率ｎ1と同じ２．０の場合は、被膜がない場合、つまり蛍光体粒子と同じ反射率になる。そして、被膜の屈折率が媒体（屈折率１．４）と蛍光体粒子（屈折率２．０）の積の平方根（屈折率１．６７）の場合に反射率が極小（１．５８％）になる。この屈折率をｎ13とすると、その場合に、励起光の入射時の反射率が低下することにより励起光の入射効率が向上するとともに、蛍光の出射時の反射率の低減により蛍光の出射効率が向上する。その結果、波長変換効率が３．１％ほど増加する。
【００３８】
≪多層被膜≫
多層被膜の場合には、接する膜どうしの屈折率を徐々に変化させることによって、その屈折率は蛍光体粒子表面から媒体との界面方向に段階的に変化することができる。
【００３９】
例えば、屈折率が約１．８７である酸化アルミニウム、屈折率が約１．７４である酸化マグネシウム、屈折率が１．６３である酸化イットリウム、屈折率が約１．５である二酸化ケイ素により、酸窒化物または窒化物の蛍光体粒子に多層被膜を形成した時の、屈折率とその蛍光体の反射率について説明する。
【００４０】
Ｅｕを賦活したβサイアロンを蛍光体粒子とすると（屈折率：約２．０）蛍光体粒子と酸化アルミニウム被膜（屈折率：約１．８７）との界面の反射率は０．１１％、酸化アルミニウム被膜（屈折率：約１．８７）と酸化マグネシウム被膜（屈折率：約１．７４）との界面の反射率は０．１３％、酸化マグネシウム被膜（屈折率：約１．７４）と酸化イットリウム被膜（屈折率：約１．６３）との界面の反射率は０．１１％、酸化イットリウム被膜（屈折率：約１．６３）と二酸化ケイ素被膜（屈折率：約１．５）との界面の反射率は０．１７％、二酸化ケイ素被膜（屈折率：約１．５）と蛍光体との界面の反射率は０．１２％、よってトータルの反射率は０．６４％となり、蛍光体粒子の反射率３．１％の場合と比べて２．５％ほど低下するため、励起光の入射効率と蛍光の出射効率を合わせて波長変換効率が５．０％ほど増加すると見積もることができる。
【００４１】
このように、好適な屈折率を有する被膜を多層積層することにより、単層被膜の場合よりも、蛍光体の反射率がより低減し、励起光の入射効率および蛍光の出射効率が、単層被膜の場合よりも向上するため、波長変換効率が向上する（単層被膜の場合よりも１．９％波長変換効率が向上する。）。
【００４２】
＜被膜の膜厚＞
被膜の膜厚としては、干渉効果が極大となる膜厚である、
（λ／ｎ2）×（１／４＋Ｍ／２）
（ただしλは光の波長、Ｍは整数。）
の付近が特に適している。例えば被膜の屈折率ｎ2が図１のｎ13（屈折率１．６７）であり、波長λが実施の形態における励起光の波長である４０５ｎｍ、Ｍがゼロである場合には、干渉効果が極大となる被膜の膜厚は６１ｎｍとなる。干渉効果は、膜厚に対してコサインの関係にあることから、この値の１／４程度（例えば１５ｎｍ）以上であれば干渉による反射率低減効果が生じており、約１／２以上２／３以下（例えば３０ｎｍ以上９０ｎｍ以下）であれば十分に反射率低減効果が生じているものと考えられる。
【００４３】
Ｍ＝１以上の整数の場合にも基本的には同様のことが言えるが、膜厚が厚い場合には、膜厚分布のばらつきおよび光の入射角のばらつきが平均化されることにより、膜厚対反射率のグラフにおけるコサイン形状の反射率の振幅が減衰していくため、ある程度以上の膜厚においては、ほぼ一定の干渉効果が生じていると考えられる。なお、上述の議論は、蛍光に対しては波長λを蛍光の値とすることにより同様に成り立つ。
【００４４】
また、波長変換効率の増加以外にも以下の効果が得られることが考えられる。被膜を形成することによって、蛍光体表面における非発光過程（励起状態の電子が、発光を伴う遷移によって非励起状態にならずに、表面準位を介して非発光遷移することにより非励起状態になること）の要因となる表面準位を低減することができる。また表面改質効果によって、蛍光体の凝集を防いで樹脂またはガラス等よりなる媒体へ良好に分散させることができる。また被膜を形成することによって、被膜が蛍光体粒子の保護膜として働くため、発光効率および色度の長期安定性に優れている。実験上は、膜厚が５ｎｍ以上３μｍ以下において波長変換効率の増大が認められており、干渉効果以外の効果も有すると解釈できる。
【００４５】
＜媒体＞
本発明は、前記媒体が、シリコーン樹脂またはガラスであることが好ましい。シリコーン樹脂は、骨格としてシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を有しているため、蛍光体の励起光として用いられる青色から近紫外の光によって劣化しにくく、波長変換部材用の媒体として適している。
【００４６】
＜波長変換部材の形態＞
本発明の波長変換部材の一形態は、蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の第１の蛍光体と、蛍光のピーク波長が５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の第２の蛍光体と、蛍光のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の第３の蛍光体が、前記媒体中に分散されたものである。このとき第１の蛍光体は青色を、第２の蛍光体は、緑色を、第３の蛍光体は赤色を発色する。第１の蛍光体の被膜、第２の蛍光体の被膜、第３の蛍光体の被膜は、別の材料からなるものであってもよく、同種の材料からなるものであってもよい。この形態をとることで、白色光を発する特徴を得ることが可能である。
【００４７】
また、本発明は、蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の前記蛍光体が前記媒体中に分散された第１の波長変換部材層と、蛍光のピーク波長が５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の前記蛍光体が前記媒体中に分散された第２の波長変換部材層と、蛍光のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の前記蛍光体が前記媒体中に分散された第３の波長変換部材層を備えた波長変換部材であってもよい。このとき、第１の波長変換部材層は青色蛍光体層、第２は緑色蛍光体層、第３は赤色蛍光体層となる。第１、第２および第３の波長変換部材層での各蛍光体の被膜は、別の材料からなるものであってもよく、同種の材料からなるものであってもよい。
【００４８】
＜波長変換部材の製造方法＞
発光装置の一実施例を示す図４に記載された波長変換部材に基づいて以下、その製造方法について説明する。まず、媒体２４となる液体状のシリコーン樹脂またはガラスなどに対して、青色蛍光体２１、緑色蛍光体２２、赤色蛍光体２３を加え、均一に混合する。このとき「蛍光体の重量／媒体２４の重量」は０．０１〜０．３程度となるよう設定し、発色光が白色となるように３種類の蛍光体を混合する。均一に混合したら、厚さ０．５〜１．５ｍｍのシートにして、１００〜１５０℃、３０〜９０分の加熱により硬化して波長変換部材６９を作製する。
【００４９】
波長変換部材６９の主成分である媒体２４の屈折率と３種の各蛍光体の屈折率との間で、多層構造の被膜は、その屈折率が段階的に変化するため、蛍光体への励起光の入射効率があがり、もって各蛍光体からの蛍光の取出し効率の向上が図れる。３種類の蛍光体を配合することにより、ほぼ白色の光を発光することができる波長変換部材６９が形成される。
【００５０】
波長変換部材の他の実施例を示す図５に基づいて以下、その製造方法について説明する。まず、液体状のシリコーン樹脂原料等に対して、赤色蛍光体を均一に混合した後、厚さ０．２〜０．５ｍｍのシートにして、１００〜１５０℃、３０〜９０分の加熱をし、樹脂硬化を行なうことで、赤色蛍光体層７３が作製される。次に緑色蛍光体層７２は、液体状のシリコーン樹脂原料等に対して、緑色蛍光体を均一に混合した後、赤色蛍光体層７３に重ねるように注入をし、同様に樹脂硬化を行なう。さらに青色蛍光体層７１についても青色蛍光体を均一に混合した後、緑色蛍光体層７２に重ねるように注入をし、同様に樹脂硬化を行なう。これにより、発光素子の封止材としての働きも有する３層の蛍光体層（波長変換部材）を形成する。このとき「各蛍光体の重量／各蛍光体層の重量」は０．０１〜０．３程度に設定することが好ましい。なお、赤色蛍光体層と、緑色蛍光体層は入れ替わってもかまわない。
【００５１】
この形態をとることによって、各蛍光体層による光吸収を低減して、可視光を効率よく発光させて白色を発する特徴を得ることが可能である。
【００５２】
＜発光装置＞
本発明は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子が発する光が入射するように、上記に記載の波長変換部材を配したことを特徴とする発光装置である。これにより、波長変換効率に優れた発光装置が得られる。
【００５３】
まず、本発明の発光装置の一実施例を示す図４に基づいて、発光装置の構造について説明する。
【００５４】
発光装置６０は、基体６５と、その表面に形成された電極６６、６７と、電極６６、６７に電気的に接続された半導体発光素子６４と、ミラー６８と、半導体発光素子６４を封止するとともに半導体発光素子６４から発した光を蛍光に変換する波長変換部材６９よりなる。波長変換部材６９は、シリコーン樹脂等からなる媒体２４およびその媒体２４中に分散した青色蛍光体２１、緑色蛍光体２２、赤色蛍光体２３からなる。
【００５５】
３種類の蛍光体を配合することにより、ほぼ白色で光る発光装置６０が得られる。また、色の三原色を発光することができ、また各蛍光体の発光スペクトルの半値幅が広いため、演色性が良好である。
【００５６】
このように、本発明の波長変換部材と、ＧａＮ系半導体よりなる半導体発光素子を用いることにより、小型で略白色が得られる高効率の発光装置が得ることができる。
【００５７】
次に、本発明の発光装置の他の実施例を示す図５に基づいて、発光装置の構造について説明する。
【００５８】
発光装置７０は、基体７５と、その表面に形成された電極７６、７７と、電極７６、７７に電気的に接続された半導体発光素子７４と、ミラー７８と、赤色蛍光体層７３、緑色蛍光体層７２、青色蛍光体層７１とからなる。各蛍光体層は波長変換部材としての働きを有している。
【００５９】
半導体発光素子７４に近い側から赤色蛍光体層７３、緑色蛍光体層７２、青色蛍光体層７１がこの順に積層されており、半導体発光素子７４を発した励起光を各色に変換する。
【００６０】
この順序で蛍光体層を形成することにより、赤色蛍光体層７３で発光した光が、その上の緑色蛍光体層７２、青色蛍光体層７１で吸収されにくい。また緑色蛍光体層７２で発光した光が、青色蛍光体層７１で吸収されにくい。これは、一般に蛍光体が、その蛍光を発する波長における光吸収率と比べて、蛍光の波長よりも長波長域における光吸収率が小さいことに起因する（特許文献６参照）。そのため、各蛍光体層による光吸収を低減して、可視光を効率良く発光させることができる。
【００６１】
そして、本発明の蛍光体の場合には、その表面における光の反射が少なく、その結果として蛍光の再吸収が多くなるため、この様な配置にして再吸収を低減するメリットが大きくなる。これにより、色の三原色を発光することができ、また各蛍光体の発光スペクトルの半値幅が、酸窒化物の蛍光体粒子および窒化物の蛍光体粒子の場合は、例えば５０ｎｍ以上と広いため、演色性が良好である。
【００６２】
次に、本発明の発光装置の他の実施例を示す図６に基づいて、発光装置の構造について説明する。
【００６３】
発光装置８０は、基体８５と、その表面に形成された電極８６、８７と、その電極に電気的に接続された半導体発光素子８４と、ミラー８８と、緑色蛍光体層８２と、赤色蛍光体層８３と、青色蛍光体層８１とからなる。この配置によっても、視感度が低く発光効率も他の色に比べて若干劣る青色蛍光体層８１を半導体発光素子８４から離れた位置に配置することにより、緑色蛍光体層８２および赤色蛍光体層８３における青色の蛍光の再吸収を抑制することができる。
【００６４】
つまり、励起光の吸収が多い青色蛍光体層８１を最上層とすることにより、緑色および赤色を効率よく取り出すことができ、全体として波長変換効率に優れた白色の発光装置が得られる。これにより、色の三原色を発光することができ、また各蛍光体の発光スペクトルの半値幅が例えば５０ｎｍ以上と広いため、演色性が良好である。
【００６５】
また、光源としては、紫色から近紫外（波長４２０ｎｍ以下）のものや、青色光源（発光ピーク波長４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下、例えば４６０ｎｍ程度のもの）を用いることができる。青色光源を用いた場合には、青色蛍光体を用いずとも青色および白色の発光を得ることができる。現時点では青色蛍光体の効率が他の蛍光体の効率に比べて若干劣るため、青色をＬＥＤから得ることによって、全体としての発光効率を増大させることができる。
【００６６】
半導体発光素子として、ＧａＮ系半導体よりなるものを用いる場合には、その電気・光変換効率が良好な、発光ピーク波長３９０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下のものが特に好ましい。また、半導体発光素子としては、ＧａＮ系半導体よりなる半導体発光素子以外に有機半導体や酸化亜鉛半導体などよりなる半導体発光素子を用いることも考えられ、またＬＥＤ以外に半導体レーザを用いてもよい。
【実施例】
【００６７】
（実施例１：波長変換部材）
まず、図２（ａ）に示すように、不定形を有する、Ｃｅを賦活したαサイアロン（組成式Ｃａ0.25Ｃｅ0.25（Ｓｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16、屈折率２．０）の青色蛍光体粒子１１に、酸化アルミニウム（屈折率１．８７）、酸化マグネシウム（屈折率１．７４）、酸化イットリウム（屈折率１．６３）、二酸化ケイ素（屈折率１．５）の微粒子を順にゾル−ゲル法によって付着させることによって被膜１０を形成し、青色蛍光体２１を作製した。微粒子による各層は、３０〜９０ｎｍとし、積層被膜としては０．３μｍだった。
【００６８】
次に、図３に示す波長変換部材３１を以下のようにして作製した。液体状のシリコーン樹脂原料に対して、青色蛍光体２１を加え、均一に混合した後、厚さ０．５ｍｍのシートにして、１２０℃、６０分の加熱により硬化して波長変換部材３１を作製した。波長変換部材３１の媒体であるシリコーン樹脂２４の屈折率は１．４であり、青色蛍光体粒子１１の屈折率が約２．０、被膜１０の屈折率がその間で段階的に変化するため、青色蛍光体２１への励起光の入射効率および青色蛍光体２１からの蛍光の取出し効率の向上が図れた。
【００６９】
また、被膜を設けることにより表面改質効果も生じるため、青色蛍光体２１を凝集させずに樹脂またはガラス等よりなる媒体へ良好に分散させることができた。これは、特に酸化マグネシウムによる被膜はプラスに帯電する傾向が強いため、静電気によって反発しあい、凝集しにくいという利点を有するためと考えた。
【００７０】
（実施例２：発光装置）
図４において、発光装置６０は、基体６５と、その表面に形成された電極６６、６７と、電極６６、６７に電気的に接続された半導体発光素子６４と、ミラー６８と、半導体発光素子６４を封止するとともに半導体発光素子６４から発した光を蛍光に変換する波長変換部材６９とから作製した。波長変換部材６９は、媒体となるシリコーン樹脂２４（屈折率１．４）およびその樹脂中に分散した青色蛍光体２１、緑色蛍光体２２、赤色蛍光体２３とした。ここで、青色蛍光体２１、緑色蛍光体２２、赤色蛍光体２３は、それぞれＣｅを賦活したαサイアロンからなる青色蛍光体粒子、Ｅｕを賦活したβサイアロンからなる緑色蛍光体粒子、Ｅｕを賦活したＣａＡｌＳｉＮ3からなる赤色蛍光体粒子について、実施例１で形成した青色蛍光体２１と同様の方法で被膜を形成したものを用いた。
【００７１】
半導体発光素子６４として、ここでは発光ピーク波長が４０５ｎｍのＧａＮ系半導体（少なくともＧａとＮを含み、必要に応じてＡｌ、Ｉｎおよびｎ型ドーパント、ｐ型ドーパントなどを用いた半導体）よりなるＬＥＤを用いた。
【００７２】
青色蛍光体２１、緑色蛍光体２２、赤色蛍光体２３の発光ピーク波長はそれぞれ４９０ｎｍ、５４０ｎｍおよび６６０ｎｍであった。
【００７３】
波長変換部材６９は以下のようにして作製した。液体状のシリコーン樹脂原料に３種の各蛍光体を加え、均一に混合した後、基体６５上に注入し、１２０℃、６０分の加熱により硬化した。波長変換部材６９の主成分であるシリコーン樹脂２４の屈折率は１．４であり、各蛍光体の屈折率が約２．０、積層した被膜の屈折率がその間で段階的に変化するため、蛍光体への励起光の入射効率および蛍光体からの蛍光の取出し効率の向上が図れた。３種類の蛍光体を配合することにより、ほぼ白色である色度座標ｘ＝０．３２、色度座標ｙ＝０．３５の色で光る発光装置６０が得られた。また、色の三原色を発光することができ、また各蛍光体の発光スペクトルの半値幅が例えば５０ｎｍ以上と広いため、演色性が良好であった。
【００７４】
このように、被膜を有する酸窒化物の蛍光体粒子または窒化物の蛍光体粒子を分散した波長変換部材と、ＧａＮ系半導体よりなる半導体発光素子を用いることにより、小型で略白色が得られる高効率の発光装置が得られた。
【００７５】
（実施例３：発光装置）
図５において、発光装置７０は、基体７５と、その表面に形成された電極７６、７７と、電極７６、７７に電気的に接続された半導体発光素子７４と、ミラー７８と、赤色蛍光体層７３、緑色蛍光体層７２、青色蛍光体層７１とから作製した。なお、３種の各蛍光体層の積層体を波長変換部材とした。
【００７６】
半導体発光素子７４としては、発光ピーク波長が４０５ｎｍのＧａＮ系半導体よりなるＬＥＤを用いた。
【００７７】
半導体発光素子７４に近い側から赤色蛍光体層７３、緑色蛍光体層７２、青色蛍光体層７１がこの順に積層した。
【００７８】
青色蛍光体層７１中に分散されている青色蛍光体としては、Ｃｅを賦活したαサイアロンに酸化マグネシウムの被膜を設けたものを、緑色蛍光体層７２中に分散されている緑色蛍光体としては、Ｅｕを賦活したβサイアロンに酸化マグネシウムの被膜を設けたものを、赤色蛍光体層７３中に分散されている赤色蛍光体としては、Ｅｕを賦活したＣａＡｌＳｉＮ3に酸化マグネシウムの被膜を設けたものを用いた。それぞれの発光ピーク波長は６６０ｎｍ、５４０ｎｍおよび４９０ｎｍであった。
【００７９】
赤色蛍光体層７３は以下のようにして作製した。液体状のシリコーン樹脂原料に対して、赤色蛍光体を均一に混合した後、基体７５に注入をし、樹脂硬化を行なった。次に緑色蛍光体層７２は、液体状のシリコーン樹脂原料に対して、緑色蛍光体を均一に混合した後、赤色蛍光体層７３に重ねるように注入をし、樹脂硬化を行なった。さらに青色蛍光体層７１についても青色蛍光体を均一に混合した後、緑色蛍光体層７２に重ねるように注入をし、樹脂硬化を行なった。これにより、発光素子の封止材としての働きも有する３層の蛍光体層（波長変換部材）を形成した。この順序で蛍光体層を形成することにより、赤色蛍光体層７３で発光した光が、その上の緑色蛍光体層７２、青色蛍光体層７１で吸収されにくかった。また緑色蛍光体層７２で発光した光が、青色蛍光体層７１で吸収されにくかった。そのため、各蛍光体層による光吸収を低減して、可視光を効率良く発光させることができた。そして、本実施例における蛍光体の場合には、蛍光体粒子の表面における光の反射が少なく、その結果として蛍光の再吸収が多くなるため、この様な配置にして再吸収を低減するメリットが大きかった。これにより、色の三原色を発光することができ、また各蛍光体の発光スペクトルの半値幅が、酸窒化物の蛍光体粒子および窒化物の蛍光体粒子の場合は、例えば５０ｎｍ以上と広いため、演色性が良好であった。
【００８０】
（実施例４：発光装置）
図６において、発光装置８０は、基体８５と、その表面に形成された電極８６、８７と、その電極に電気的に接続された半導体発光素子８４と、ミラー８８と、緑色蛍光体層８２と、赤色蛍光体層８３と、青色蛍光体層８１とから作製した。本実施例においては、基体８５の上に緑色蛍光体層８２、赤色蛍光体層８３、青色蛍光体層８１の順番で積層した積層体を波長変換部材として用いた。赤色蛍光体層８３は実施例３の赤色蛍光体層７３、緑色蛍光体層８２は実施例３の緑色蛍光体層７２、青色蛍光体層８１は実施例３の青色蛍光体層７１とほぼ同じものであるが、実施例３とは形成の順番を変更した。この配置によっても、視感度が低く発光効率も他の色に比べて若干劣る青色蛍光体層７１を半導体発光素子８４から離れた位置に配置することにより、緑色蛍光体層８２および赤色蛍光体層８３における青色の蛍光の再吸収を抑制することができた。
【００８１】
本実施例によっても、励起光の吸収が多い青色蛍光体層８１を最上層とすることにより、緑色および赤色を効率よく取り出すことができ、全体として波長変換効率に優れた白色の発光装置が得られた。これにより、色の三原色を発光することができ、また各蛍光体の発光スペクトルの半値幅が例えば５０ｎｍ以上と広いため、演色性が良好であった。
【００８２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明における単層被膜の屈折率と蛍光体の反射率の関係を示す図である。
【図２】本発明における蛍光体の断面図である。
【図３】本発明の一実施例である波長変換部材の断面図である。
【図４】本発明の一実施例である発光装置の断面図である。
【図５】本発明の一実施例である発光装置の断面図である。
【図６】本発明の一実施例である発光装置の断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  被膜、１１  青色蛍光体粒子、２１  青色蛍光体、２２  緑色蛍光体、２３  赤色蛍光体、２４  媒体、３１，６９  波長変換部材、６０，７０，８０  発光装置、６５，７５，８５  基体、６６，６７，７６，７７，８６，８７  電極、６４，７４，８４  半導体発光素子、６８，７８，８８  ミラー、７１，８１  青色蛍光体層、７２，８２  緑色蛍光体層、７３，８３  赤色蛍光体層。
【図１】
2007324475.tif 000003
【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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